220GHz高功率同轴谐振腔回旋管

介绍了220 GHz同轴腔回旋管的设计,工作模式为TE04圆电模式.采用自洽非线性理论对谐振腔的工作参数进行了参数优化,选取工作电压50 k V,工作电流10 A,工作磁场8.4 Tesla.设计的同轴型双阳极磁控注入式电子枪,电子注速度横纵比1.5,速度零散5.2%.并采用粒子模拟方法进行了整管仿真.理论计算与粒子模拟结果表明,设计的220 GHz同轴腔回旋管有望获得200 k W以上的输出功率与40%以上的互作用效率.     

大半径同轴谐振腔太赫兹回旋管研究

 为了发展大功率太赫兹辐射源,本文对大半径同轴谐振腔回旋管进行了理论和数值模拟研究,理论计算结果表明在同轴谐振腔中其角向对称的TE_0n模式的截止频率与n近似成正比关系,与内外导体之间的距离近似成反比关系.根据上述特点作者设计了一只大半径同轴腔0.3THz、TE₀₄模回旋管,数值计算和粒子模拟结果表明:大半径同轴谐振腔太赫兹回旋管与空心波导谐振腔回旋管相比具有很多优点:腔体尺寸相对较大,工作电流可以大幅度提高;其对称的TE_0n模式与非对称的TE_mn模式的间隔较大,有利于克服模式竞争.     

用于回旋速调管的新型开放式球形谐振腔

作为毫米波、亚毫米波源的回旋速调管工作于W波段及以上波段时,如何提高输出功率和工作效率是回旋管研究的重点.对开放式球形腔TE谐振模式的特点进行了理论分析,并与圆柱谐振腔TE模式进行了比较,通过计算模拟对比了二者谐振腔的电场能量分布特点.与圆柱谐振腔TE021模式相比,在电子通过区域,开放式球形腔内TE102谐振模的高频...     

高阶体模准光模式激励器的设计与实验

基于开放式谐振腔及准光学模式变换理论,设计并实现了一种应用于回旋管振荡器冷测的高阶模式激励器。以140 GHz、TE_28,8模工作为例,通过计算机编程控制三维移动测量平台和网络分析仪完成了相应的实验测量。当模拟仿真获得在谐振腔激起频率为140.179 GHz、Q值为855、输出场分布与TE_28,8模的相关性为90.9 %时,对应设计构建模式激励器完成的冷测结果频率为140.155 GHz、Q值为876、横向电场明显具有TE_28,8的特征,为回旋管振荡器研究和设计过程检验提供了一个有效的实验平台。     

三角晶格金属柱PBG谐振腔的设计

随着回旋管向高频发展,高次谐波互作用研究成为重要方向。当普通回旋管工作在高次谐波时,效率很低,尤其是模式竞争问题很难解决。因此,必须改进结构,才能有效地实现高次谐波互作用。而光子晶体结构恰恰能对非工作模式实现有效的抑制。介绍了一种新的光子晶体谐振腔设计方法并成功设计出一个工作于高次模式下单模传输（TM01）的三角晶格金属柱PBG谐振腔。进一步改进后得到了一个工作在Ka波段的光子晶体谐振腔。该结构能应用于目前项目研究,具有工程价值。     

带状电子注驱动的准光谐振腔回旋管

回旋管作为一种重要的真空电子源,能够在毫米波和太赫兹频段生成高峰值以及高平均功率的电磁辐射,在波谱学、雷达、通信、生物医学等领域具有广泛的应用前景。传统的回旋管将不可避免地面对激烈的模式竞争问题,引入准光谐振腔将有望大大减小模式竞争的激烈程度。本文基于电子回旋脉塞理论,将准光谐振腔及带状电子注进行结合,以期实现更高的输出功率及效率。仿真结果表明,在电子电压为40 kV,背景磁场为8.4 T时,设计的准光回旋管能在220 GHz频点处产生6.1 kW的输出,电子效率达到6.1%且在一段时间内能稳定运行。本文结构将可能为高频段乃至高次谐波工作的回旋管设计提供全新方案,从而进一步用于通信、雷达等领域。     

140GHz回旋管谐振腔的冷腔计算

作为ITER计划的辅助加热系统的电子回旋共振加热系统(ECRH,Electron Cyclotron Resonance Heating)的核心是回旋管。本文基于回旋管线性理论,建立谐振腔物理模型,编写程序分析和计算了谐振频率和Q值,探讨了不同谐振腔长度和渐变角对谐振腔回旋频率和绕射Q值得影响,选择最优参数,得到140GHz谐振腔的设计。     

220GHz同轴谐振腔回旋管研究

同轴谐振腔相比波导谐振腔具有更大的功率容积,通过调整内外径的尺寸还可降低模式竞争。本文介绍了电子科技大学目前220 GHz同轴谐振腔回旋管的设计与研制工作,给出了谐振腔、电子光学系统与输出结构的设计参数与仿真结果,仿真结果表明该设计可获得100 kW以上的输出功率与20%以上的互作用效率。     

提高回旋单腔振荡管电子效率与功率的途径

本文用轨道理论对具有圆柱形谐振腔的回旋单腔振荡管作了非线性理论分析与归一化计算,给出了谐振腔中场分布、电磁储能、Q值等表示式,证明了在互作用区采用抛物线磁场分布可以显著提高回旋管的效率。文中对a(=ν_(⊥0)/ν_(‖0))为1.5和2两种情况进行了计算,研究了电子注电压V_0、绕射品质因数Q_d、电流Io以及电子注位置等因素对回旋管电子效率、输出功率的影响。所得结果具有一定的普适性。     

紧凑型高阶回旋管模式激励器初步研究

为了模拟回旋管输出的TE62模,需要设计一个模式激励器。文中采用同轴波导谐振腔结构,通过选择合适的内外导体半径比及腔体尺寸,来获得纯度较高的TE62模。并使用HFSS 软件对腔体进行了仿真,仿真计算结果与理论值相吻合,表明这种结构是可行的。     

3mm二次谐波回旋振荡管设计与数值模拟

二次谐波回旋振荡管的互作用磁场比基波回旋振荡管的磁场降低了一半,从而降低了设计难度,具有广阔的应用前景。通过对单腔结构的W波段二次谐波回旋振荡管高频结构、起振电流、模式竞争以及注波互作用研究,确定了W波段TE02模二次谐波回旋振荡管的基本工作参数,通过粒子模拟(PIC)软件进行计算,在电子注电压为60kV,注电流为6A及速度比为1.5时,获得了67.5kW的输出功率和超过18%的效率,且工作稳定。     

94GHz连续波40kW回旋振荡管高频系统的设计

W波段的高功率连续波回旋管振荡器在毫米波非致命武器等领域有着重要的应用。该文首先通过起振电流的计算,确定了工作模式,继而利用自行开发的自洽非线性计算程序GYROSC对工作在94GHz频率的连续波回旋振荡管高频系统进行了模拟计算和优化设计。结果表明,设计的W波段连续波回旋管可获得输出功率40kW,电子效率大于30%。     

频率可调太赫兹回旋振荡管互作用电路的设计与研究

根据动态核极化核磁共振成像技术对回旋振荡管的要求,设计了130 GHz 回旋振荡管的注波互作用电路,基于线性理论对互作用电路进行了研究并选择了合适的工作点,分析了电路的频率调节特性。利用相对论电子回旋脉塞非线性理论对互作用系统进行了模拟和计算,优化了工作参数,计算了磁场及电子注参数对输出功率及效率的影响。最后,用粒子模拟方法进行了模拟并与非线性理论结果进行了比较,两者符合得很好。模拟结果显示,当电压为10 kV、电流为0.3 A、磁场强度由2.34 T 增加到2.41 T 时,输出功率由1310 W 减小到230 W,对应的效率分别为43.6%和7.7%,振荡管的频率可调范围约为2.7 GHz。     

Comparison of Electron-Beam-Misalignment Effect on Starting Current and Output Power in Coaxial-Cavity and Cylindrical-Cavity Gyrotron Oscillators

Comparative study is presented to the effect of the electron-beam misalignment on the starting current and output power of the coaxial-cavity and cylindrical-cavity gyrotron oscillators operating in the millimeter wave ranges. The numerical analysis is based on the gyrokinetic formulas for a TE_28,16,1 mode at a frequency of 140 GHz. Results show that the coaxial-cavity gyrotron oscillator has lower starting current and less power loss than the cylindrical-cavity gyrotron oscillator when the electron-beam axis has a misalignment to the cavity axis.     

一种超低电压宽带调谐太赫兹回旋管互作用结构

低电压频率可调太赫兹回旋管在生物医学和波谱学等领域具有重要应用。文章分析了超低电压(<1 kV)下采用传统开放腔互作用电路的330 GHz 回旋管输出功率和频率调谐特性,探讨了超低电压下由于电子相对论效应减弱而导致的回旋管中电子注-波互作用耦合强度降低的问题。在此基础上,针对330 GHz 超低电压回旋管提出了一种改进的互作用电路结构,其下倾式尾端结构有助于增大反向波幅度,提高弱相对论电子注与电磁波之间的耦合强度,从而提高回旋管的输出效率及频率调谐带宽。非线性模拟结果表明,在低至0.3 kV 的超低电压下,采用此种互作用电路结构仍可获得大于1 W 的连续波输出功率及22 GHz 的连续调谐带宽,峰值输出效率大于7%。     

大功率太赫兹回旋管的腔体分析与模拟

以0.3 THz回旋管为研究对象,对 TE06模回旋管腔体进行理论分析和起振电流的计算,以避免模式竞争的出现。对选取的电参数进行粒子模拟仿真,在10 kV和300 mA条件下得到 TE06模输出、平均输出功率为152 W及输出频率为299.5 GHz的模拟结果,并对不同磁场和不同电流情况下输出功率进行了分析,为太赫兹回旋管的研制提供参考。     

小回旋三次谐波0.52 THz回旋管

为了发展大功率高效率太赫兹辐射源,对小回旋电子注激励三次谐波太赫兹电子回旋脉塞进行了研究,分析了不同参数情况下的模式竞争.研究结果表明,采用近轴小回旋电子注能够实现三次谐波单模振荡.在此基础上设计了一只0.52 THz、TE37模三次谐波回旋管,数值计算表明,该回旋管在工作磁场为6.98 T下输出功率可以达到3.7 kW.对产生近轴小回旋电子注的高磁压缩比磁控注入式电子光学系统进行的粒子模拟研究结果表明,该电子枪能够产生满足实验要求的65 kV/2.5 A,横纵速度比为1.24,引导中心半径0.35 mm的小回旋电子注,其纵向速度离散6.6%,横向速度离散6.1%.     

具有自动稳幅功能的软激励C类大功率射频振荡器

介绍了一种具有自动稳幅功能的软激励C类大功率射频振荡器。大功率射频振荡器已经广泛应用于电力电子、射频电源、低温等离子体、高频感应加热等领域。该大功率射频振荡器能够输出较高的输出电压和输出功率,并且通过对输出电压采样控制MOS管的静态工作点,稳定输出电压;另外,该设计电路起振时工作在AB类状态,稳定工作时在自动稳幅电路的作用下进入C类工作状态,实现了C类射频振荡器的软激励。最后通过仿真和实物电路测试了电路性能,并给出了振荡器输出电压、输出功率与MOS管工作状态关系的经验公式。     

三次谐波光子带隙谐振腔回旋管

分析了光子晶体谐振腔（PBGC）的模式选择功能,实现PBGC回旋管振荡器高阶电磁模与高次电子回旋模的有效耦合。通过对PBGC禁带特性的分析,定出了工作模式TE34模,并成功抑制了模式竞争。文中建立了PBGC回旋管的等效半径的概念,完成了自洽非线性理论和相关的计算机数值模拟程序。研究发现TE34模能有效地与电子的3次回旋谐波相互作用,其耦合频率为130.5GHz,并极大地降低了对工作磁场的要求。在考虑诸多物理因素影响的情况下,对该3次谐波PBGC回旋管振荡器进行了参数优化研究,得到了参数为：电压430kV、电流35A、磁场1.84T、输出功率1.75MW、互作用效率11.5%的3次谐波TE34模PBGC回旋管振荡器。